开源一个简单的c++软光栅渲染器

时间：2016-08-08 22:47:02 阅读：504 评论：0 收藏：0 [点我收藏+]

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本文由zhangbaochong原创，转载请注明出处http://www.cnblogs.com/zhangbaochong/p/5751111.html

由于开学就大四面临找工作了，为了在简历上放点项目，最近又把上学期练手写的一个c++软光栅渲染demo拿出来重新改了改，稍微优化了一下，顺便增加了光照。虽然写的比较简单，但还是拿出来分享一下，希望能起个抛砖引玉的作用吧，也欢迎指点批评O(∩_∩)O~

　　(ps ：项目代码只有3000行左右，性能方面也比较渣，高性能的光栅渲染可以看空明大大的SALVIAhttp://www.cnblogs.com/lingjingqiu/)

1.主要模块功能

1.1数学库

　　向量、矩阵的实现与变换(矩阵平移、旋转、转置、行列式、逆矩阵);

视角矩阵、投影矩阵和屏幕坐标转换矩阵;

　　一些常用函数(插值、RGB颜色转UINT、角度弧度转换、求反射向量).

1.2后缓冲区

设置像素，我一开始采用SetPixel()函数，发现速度慢的不忍直视。后来改成用CreateDIBSections创建位图，直接向内存中写像素颜色值，完了后一块BitBlt到窗口就行了。

1.3模型标准

　　由于之前一直在写directx11的代码，所以这里也采用标准d3d的坐标模型，左手系+world view proj三矩阵

1.4几何阶段

顶点从模型空间到世界空间到相机空间到齐次裁剪空间，对应的主要是三个矩阵world view proj，数学库中提供了相应方法。

图元装配，也就是将顶点以一定顺序组装成三角形，本项目中采用顶点索引的方式来组织顶点，并且三角形顺时针顺序对应的法线朝向外面。之所以规定好顺序，是为了法线方向的一致性，只有这样才能进行后面的背面消隐。

投影后的坐标再进行透视除法，让顶点坐标位于cvv中(x[-1,1],y[-1,1],z[0,1])，裁剪过后再将cvv坐标转化为屏幕中对应的坐标。

1.4三角形光栅化

线框模型使用的bresenham画线算法。

三角形光栅算法：http://blog.csdn.net/cppyin/article/details/6232453

填充三角形使用的扫描线。

1.5背面消隐

可以参考：http://blog.csdn.net/cppyin/article/details/6207206

1.6简单CVV裁剪

1.7支持纹理

　　纹理uv坐标同d3d，纹理坐标寻址同d3d的wrap方式，贴图在物体表面重复，类似于我们设置桌面是图片的平铺方式。当坐标大于1时，通过去掉整数部分，根据得到的小数部分来得到纹理值；坐标小于0，则加上一个最小正数，让坐标大于0。

1.8简单光照

　　phong光照模型，实现平行光、点光源与聚光灯三种。

1.9简单着色器

写了一个着色器类，有VS和PS两个函数对应顶点着色器和像素着色器，部分代码如下：

 1 VertexOut BoxShader::VS(const VertexIn& vin)
 2 {
 3     VertexOut out;
 4     out.posH = vin.pos * m_worldViewProj;
 5     
 6     out.posTrans = vin.pos * m_world;
 7     out.normal = out.normal * m_worldInvTranspose;
 8 
 9      out.color = vin.color;
10      out.tex = vin.tex;
11 
12     return out;
13 }
14 
15 ZCVector BoxShader::PS(VertexOut& pin)
16 {
17     //单位化法线
18     pin.normal.Normalize();
19 
20     //纹理采样
21     ZCVector texColor = m_tex.Sample(pin.tex);
22 
23     //顶点到观察点向量
24     ZCVector toEye = (m_eyePos - pin.posTrans).Normalize();
25 
26     //初始化颜色值全部为0
27     ZCVector ambient(0.f, 0.f, 0.f, 0.f);
28     ZCVector diffuse(0.f, 0.f, 0.f, 0.f);
29     ZCVector specular(0.f, 0.f, 0.f, 0.f);
30 
31     //光源计算后得到的环境光、漫反射 、高光
32     ZCVector A, D, S;
33 
34     Lights::ComputeDirectionalLight(m_material, m_dirLight, pin.normal, toEye, A, D, S);
35 
36     ambient = ambient + A;
37     diffuse = diffuse + D;
38     specular = specular + S;
39 
40 
41     //纹理+光照计算公式： 纹理*(环境光+漫反射光)+高光
42     ZCVector litColor = texColor * (ambient + diffuse) + specular;
43 
44     //最终颜色透明度使用漫反射光的透明度
45     litColor.w = m_material.diffuse.w * texColor.w;
46 
47     return litColor;
48 }